基础大体积混凝土施工技术及温度控制

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基础大体积混凝土施工技术及温度控制

山东茂隆新材料 2020-11-16 1309


1.工程概况

  A11公路拓宽改建工程西吴淞江大桥,位于上海市嘉定区安亭镇西南部,西起同三立交东至A11公路2号机孔桥,全长1.188km,分南北集散车道设计,跨越西吴淞江,根据规划Ⅲ级航道标准,跨径布置80M+140M+80M,结构形式三向预应力混凝土连续箱梁,截面为单箱单室直腹板结构,主墩承台为矩形,截面尺寸为15.0M×11.8M×3.5M,单根承台混凝土620方,要求一次性完成混凝土浇注,不留施工缝,属大体积混凝土。由于主墩承台混凝土施工期间为6月份天气较热,施工期间环境温度影响较大,特别是基坑钢板桩围堰,基础底处于地面下9M左右,坑内空气流通较慢,加剧了混凝土表面温度。

  2.大体积混凝土温度裂缝

  混凝土结构开裂原因:变形作用引起的裂缝和荷载作用引起的裂缝。根据国内外调查资料反映,由于变形引起的开裂占80%以上。这种变形作用包括温度(水化热,气温)湿度,地基变形,由于荷载引起的不足20%。在大体积混凝土浇筑初期,水泥的水化作用放出大量水化热,但由于混凝土表面散热条件好,因而温度上升较少,而混凝土内部由于散热条件差,热量散发少,内部温度上升较快,体积膨胀,导致形成温度梯度,形成内约束力,结果混凝土内部产生压应力,在表面引起拉应力,当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会在混凝土表面出现裂缝。后期水泥水化热基本释放,混凝土内部温度逐渐降温,引起混凝土冷却收缩,再加上混凝土中多余水分蒸发等引起体积收缩变形,二者由于受到基础或老混凝上的约束,导致温度拉应力。当温度应力超过混凝土抗拉强度时,会从约束面向上形成裂缝,如果温度应力足够大,可以形成贯穿结构的整体裂缝,影响结构整体使用。温度控制、防止裂缝发展,是大体积混凝土结构施工中解决的难题,对此必须采取相关技术措施。

  3.技术措施

  针对该工程的实际情况,从材料优选用,配合比优化设计,混凝土浇筑方案,养护措施及测温控制等多方面综合措施进行温度控制,以提高结构抗裂性,避免引起内外温差过大而出现裂缝。

  3.1原材料选择及质量要求

  根据本工程特点选择优质的原材料,优化混凝土配合比设计,增大骨料用量,减小砂、石中含泥量,以减小水泥和水用量,以降低混凝土水化热。拟采用如下原材料:

  (1)水泥

  由于主墩承台3.5M厚度,水泥在水化过程中产生大量热量,聚集在结构内部不容易散发,使混凝土内部温度升高,因此在施工中选择水化热较低的水泥以及尽量减小单位水泥用量,有资料表明每减少单位用量10KG可降低温度1℃,本工程结合实际及地方材料采用PO42.5等级水泥。

  (2)粗、细集料

  粗集料为5-31.5连续级配碎石。它比5-25mm碎石可减少用水量10KG,在相同水灰比情况下水泥减少20KG左右。采用中粗砂,细度模数为2.62、含泥量为1.1%,它比采用细砂每立方用水量减少20KG,相应减少水泥用量,降低混凝土水化热,并防止混凝土干缩。

  

沥青麻筋是有选有上等的麻筋,浸泡在技术人员研发的一款具有防腐性,沥青为主要材料的添加剂里面的一款产品。麻筋具有质地轻、强力大、防虫防霉、静电少、织物不易污染等特点。沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物,是高黏度有机液体的一种,呈液态,表面呈黑色,可溶于二硫化碳。沥青是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料。本产品主要用在伸缩缝、沉降缝等填缝材料。本产品施工非常方便,替代了原有的麻烦施工方法。我们一般是桶装的,只需要采购后,取出来就可以使用。沥青麻筋主要起防水、防杂物进入沉降缝内的作用,在填塞过程中,应填塞密实、牢固,在材料选用上,要选用优质合格的材料,麻筋为新的未变质的麻筋。

(3)混合料及外加剂

  掺入的粉煤灰经检测细度、烧失量、需水量及三氧化硫含量均符合II级粉煤灰指标要求。粉煤灰不仅改善混凝土和易性,减小混凝土用水量,减小泌水和离析,提高混凝土强度,改变混凝土分子结构组织,增加混凝土密实度,同时代部分水泥,降低了水泥用量,从而降低混凝土水化热引起的温度梯度,防止和减少温度裂缝的产生。

  掺量为胶凝材料重量的1.5%LH-3高效缓凝减水剂,一方面可延缓混凝土的凝结时间,它一方面可明显延缓水泥水化热释放速度,凝结时间可延长8小时以上,推迟水化热峰值出现,同时减水12%用水量,减小水泥用量,从而降低水化热。

  3.2混凝土配合比的确定

  混凝土配合比设计采用绝对体积法。以基准混凝土配合比为基础,按等稠度、等强度为原则。采用超量取代法,粉煤灰取代水泥百分率取13%,粉煤灰超代系数取1.2,即用粉煤灰取代部分水泥,超量部分取代等体积的砂,根据所选材料通过试验室试配确定配合比如下表:

  掺入高效缓凝减水剂混凝土初凝为8小时,终凝为12小时,由于掺入粉煤灰改善混凝土和易性,减少泌水和坍落度损失,降低水化热,有利于大体积混凝土施工。

  3.3混凝土浇筑施工方案及工艺

  由于主墩承台为3.5M厚度和施工面积较大,混凝土浇筑采用斜坡分层的浇注方案,分层厚度按44cm厚左右,分8步浇注到顶,一个坡度,簿层浇筑,先深后浅,连续浇筑,这种方法能较好适应泵送施工工艺要求,同时控制好上下层混凝土覆盖时间,在下层混凝土未初凝时进行上层混凝土浇筑,以避免混凝土冷缝出现。混凝土振捣必须密实,在不同部位用5台振动棒振捣,振捣棒快插慢拔,掌握正确振捣时间,做到不漏振不过振,提倡二次振捣。及时按标高刮平表面,用木抹子反复搓压,使其表面密实,初凝前用木抹压光,可以控制混凝土表面的龟裂,减少混凝土表面水分散失,促进混凝土养护。为防止混凝土在硬化过程中表面出现龟裂现象,要及时进行二次抹面,在初凝以后,终凝之前,再用泥刀压光平整,使少量终凝前出现的失水沉降等塑性收缩裂纹得到消除。

  3.4混凝土的养护

  在表面施工完毕后,应加强对混凝土的保养,及时用塑料薄膜覆盖混凝土表面,来封闭混凝土中多余拌和水,防止水分蒸发,以实现混凝土自身养护。终凝后覆盖蓬布和草袋,蓬布和草袋的覆盖层数应根据实测温差情况及时进行增减,使混凝土内外温差小于25℃。做好混凝土的保温和保湿,目的是减少混凝土表面热扩散,延长散热时间,减少混凝土表面温度梯度,防止表面裂缝,保证温度缓慢升降,充分发挥混凝土徐变特性,降低温度收缩应力,混凝土洒水养护不小于14天。

  3.5混凝土温度的计算及测温

  3.5.1在大体积混凝土施工中,应充分考虑水泥水化热问题,计算混凝土的温度场温度。(计算过程省略了,需要的话可以重发)根据计算混凝土内部温度得知,在混凝土浇筑后第三天混凝土内部温升为68.9℃,比室外温度26.4℃高42.6℃。我们采取内降、外部保温法,外部保温法通常考虑增加保温层的厚度,若保温层厚度太厚以致不现实时,可考虑在混凝土内部采取降温法,埋置冷却水管,其散热效果明显,目的是减少混凝土表面的热扩散,减小混凝土表面的温度梯度,防止产生表面裂缝。在该主墩承台大体积混凝土内部水平设置两层循环“∈”型6分铁水管6根,横桥向水平间距2m.为使承台中心水化热能更有效地排出,两层分开进水口,使进出水路径缩短。根据承台内部温度和出水口的水温情况,通过控制阀对水循环进行调节,控制承台混凝土温度与外界温差在25℃以内。

  3.5.2对大体积混凝土应及时掌握混凝土温度变化规律,首先安装测温监控点,在浇筑混凝土前进行埋设,在有代表性地方共设3处,每处设上中下3点,下点在底板向上20cm,上点在顶板向下20cm,中间点,对每处每点进行编号,对温度测温线绑扎在钢筋骨架上,温度传感探头避免接触钢筋。为了便于操作和防潮湿,将露在外面的导线和插头用塑料袋包裹好,测温时将测温线插头插入主机插座中,按下电源开关,主机显示屏可显示测点温度,注意插头有正负极,该仪器可读出该处最大、最小、平均值。由专人按一定时间间隔使用数字式电子测温仪进行测温监控,混凝土浇筑后1~5d每2h测一次,第6~10d每4h测一次,同时测出基坑大气温度及覆盖物下温度,进出水口的水温。对各处各点温度进行记录并进行分析,决定采取对混凝土内降、还是外部保温法措施。现列浇筑后4d各处各点每天观测的平均值见下表:

  从测温记录来看,混凝土中心与表面温度升降基本同步,中心最高温度出现在浇筑混凝土后第3d,最高温度为58.8℃,,基坑环境温度最大为27.9℃,承台混凝土中心与覆盖物下之间温差最大为17.4℃,覆盖物下与基坑环境温差最大为13.5℃,均控制在25之内,有效控制了温差梯度,符合《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000,混凝土表面和内部温差“不超过25℃为宜”的要求。

  4结论

  大体积承台混凝土施工,采用多种措施进行温度控制,避免出现温度裂缝,通过检查,混凝土内实外光,质量良好,未发现无任何有害裂纹出现,以上温控措施是成功有效的。


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